FR2601385A1 - Procede de preparation a partir de saccharose d'un melange de sucres a haute teneur en isomaltose par voie enzymatique et produits obtenus - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION SE RAPPORTE AUX BIOTECHNOLOGIES. ELLE CONCERNE UN PROCEDE DE PREPARATION D'UN SIROP DONT L'EXTRAIT SEC CONTIENT UNE HAUTE TENEUR EN ISOMALTOSE, CARACTERISE EN CE QU'IL CONSISTE A TRAITER UNE SOLUTION AQUEUSE DE SACCHAROSE PAR UN MELANGE DES ENZYMES DEXTRANE-SACCHARASE ET DEXTRANASE A UNE TEMPERATURE DE 0 A 50C ET A UN PH DANS LA GAMME DE 4,5 A 7, DE FACON A OBTENIR UN SIROP AQUEUX COMPRENANT DU FRUCTOSE, DE L'ISOMALTOSE, DU GLUCOSE ET, EVENTUELLEMENT, DE L'ISOMALTOTRIOSE COMME CONSTITUANTS PRINCIPAUX. LE SIROP OBTENU EST UN INTERMEDIAIRE DE SYNTHESE INTERESSANT, EN PARTICULIER DE L'ISOMALTITOL.
Description
260 1385
L'invention concerne un procédé de préparation
par voie enzymatique d'un sirop à haute teneur en isomaltose, ainsi que le sirop obtenu.
L'isomaltose est un produit intermédiaire de valeur pour la préparation par hydrogénation catalytique, de l'isomaltitol (ou D-sorbitol-6-0-a-Dglucopyranosyle). L'isomaltitol présente un pouvoir sucrant important, est faiblement calorique, n'est pas cariogénique et peut donc constituer un substitut intéressant du sucreo Egalement, l'isomaltose, qui constitue un dimère du glucose, présente une liaison glucosidique (1) . 6) qui est relativement stable et est un substrat potentiel pour des transestérifications dans le but de produire des graisses faiblement caloriques, par exemple. 15 Jusqu'à présent, l'isomaltose a été préparé par traitement chimique ou enzymatique de divers substrats ou par hydrolyse chimique ou enzymatique du dextrane produit par la bactérie lactique Leuconostoc mesenteroides NRRI B 512 F, suivi d'étapes de fractionnement des solutions obtenues en faisant passer celles-ci sur des colonnes de résines cationiques fortement acides de grande hauteur (10-15 mètres) à température relativement élevée
(45-85 C) par exemple comme décrit dans US-A-4 521 252.
On obtient ainsi des sirops dont l'extrait sec contient 25 plus de 40%o d'isomaltose, que l'on peut encore purifier davantage au prix d'opérations supplémentaires. Ces procédés sont compliqués et exigent un appareillage de
purification important pour leur mise en oeuvre.
La présente invention vise à fournir un procédé 30 de synthèse simple d'un sirop à haute teneur en isomaltose à partir de saccharose par traitement de ce dernier à
l'aide d'une combinaison originale de deux enzymes.
Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de préparation d'un sirop dont l'extrait sec contient une haute teneur en isomaltose, caractérisé en ce qu'il consiste à traiter une solution aqueuse de saccharose par un mélange des enzymes dextrane-saccharase (EC: 2.4.1.5) et dextranase (EC: 3.2.1.11 et 3. 5 2.1.94) à une température comprise entre O et 50 C et à un pH dans la gamme de 4,5 à 7, de façon à obtenir un sirop aqueux comprenant de l'isomaltose, du fructose, du glucose et, éventuellement, de l'isomaltotriose comme
constituant principaux.
La réaction enzymatique peut tre conduite de façon discontinue (par charges) ou continue (réacteur à enzymes immobilisées). On peut indifféremment utiliser des enzymes libres ou-immobilisées ou l'une des deux enzymes seulement peut 8tre immobilisées. Une conversion 15 complète du saccharose peut être obtenue avec une durée de réaction suffisante. Celle-ci sera d'autant plus
courte que l'on utilisera une quantité d'enzymes plus importante et une température de réaction plus élevée.
A titre indicatif, on peut utiliser des durées de réaction comprises entre 1 et 200 heures environ, de préférence de 20 à 80 heures, pour un mode de mise en
oeuvre discontinu.
La réaction peut être décrite comme suit: la dextrane saccharase polymérise le résidu glucosyle du saccharose et libère le fructose dans le milieu réactionnelo La dextranase qui produit spécifiquement de l'isomaltose emp8che la formation du polymère (dextrane) en hydrolysant la liaison glucosidique 1- 6 au fur et à mesure de sa formation par la dextrane-saccharase. Le milieu s'enrichit donc en-isomaltose au fur et à mesure de la conversion du saccharose. L'action simultanée de ces deux enzymes permet d'éviter la formation de
dextranes hautement polymérisés présentant des ramifications 1-i>3 en particulier qui diminuent notablement 35 le rendement d'hydrolyse du dextrane par la dextranase.
La réaction décrite dans ce procédé permet d'éviter totalement la production d'oligodextranes ramifiés qui constituent jusqu'à 20%o des produits d'hydrolyse enzymatique du dextraneo De l'isomaltotriose peut ensuite se former, selon les conditions, par transfert du glucose sur l'isomaltose par la dextrane saccharase, en même temps que des quantités mineures d'autres ingrédients tels que des oligosaccharides de degré de polymérisation
allant de 4 à 6, et du leucrose.
Un autre avantage très important du procédé décrit est que le substrat de départ de la réaction est le saccharose, bon marché et disponible en grande quantité comparativement au dextrane, produit relativement cher
même peu purifié.
La quantité de fructose produite représente environ la moitié du saccharose de départ et constitue 15 un produit intéressant qui peut être valorisé à parto Avantageusement, done, le procédé comprend l'étape supplémentaire consistant à séparer de la solution aqueuse obtenue, la majeure partie du fructose. Cette séparation peut s'effectuer commodément en faisant passer 20 la solution aqueuse dans une coIonne garnie de résine échangeuse de cations sous la forme Ca++, en exploitant la propriété, connue en soi, de l'affinité d'une telle résine pour le fructoseo La température du traitement enzymatique est comprise entre 0 et 50 C, de préférence entre 15 et 35 0 et tout particulièrement entre 25 et 30C00 pour favoriser la production d'isomaltoseo Le pH doit être maintenu dans la gamme de
4,5 à 7, par exemple en utilisant un tampon approprié. On 30 préfère opérer à un pH de 5 à 6.
Les concentrations des enzymes ne sont pas non plus étroitement critiques. Il faut au moins 0,1 U/ml de chaque enzyme pour obtenir un effet notable. Il n'y a pas d'inconvénient à utiliser de grandes quantités d'enzymes si ce n'est que des quantités excessivement grandes sont anti-économiques. A titre indicatif des concentrations de 0,2 a 2 U/ml environ de dextrane saccharase et de 0,2 à 5 U/ml environ de dextranase se sont révélées généralement satisfaisantes. Quant à la concentration en substrat (saccharose) elle peut aller de 10 à 300 g/litre, de préférence de 50 à 200 g/litre. En-dessous de 10 g/l, il y a 10 insuffisance de substrat. Audessus de 300 g/l, la - formation de leucrose devient importante. De leucrose est un disaccharide produit par la dextrane-saccharase qui transfère le résidu glucosyle, provenant du saccharose sur le fructose libre présent dans le milieu réactionnel. 15 Ce disaccharide est un contaminant indésirable. De plus, la proportion d'isomaltotriose s'accro t notablement
au-dessus de 200 g/l.
L'invention concerne aussi le sirop aqueux d'isomaltose obtenu par le procédé de l'invention ainsi 20 que tout extrait sec obtenu par un processus de séchage adéquat (lyophilisation, atomisation, etcooo)o Les exemples non limitatifs suivants sont
donnés en vue d'illustrer l'invention.
Exemples 1 à 12 Toutes les synthèses enzymatiques ont été réalisées dans du tampon acétate de sodium 20 millimolaire de pH 5,2, à une température de 20 C, et pendant une durée de réaction de 48 heures environ. Dans ces conditions, la conversion du saccharose est complète. 30 On a utilisé de la dextrane saccharase de Leuconostoc mesenteroides NRRI B 512.F, provenant de la Société Bio Europe, et de l'endodextranase D1508 provenant
de la Société SIGM.
La solution obtenue a été purifiée (séparation 35 de la majeure partie du fructose) en la faisant passer
sur une colonne (hauteur: 1 m, diamètre: 5 cm, volume utile: 2 litres) garnie de résine échangeuse de cations sous forme Oa++ de marque déposée Duolite 0204F, provenant de la Société Duolite,à la température ambiante. Le fructose retenu par la colonne peut être isolé et valorisé à part.
Après cette purification, le sirop obtenu a été analysé par chromatographie en phase liquide de haute performance (HPLC) sur une colonne,*Bondapack.C18 Millipore Waters, l'éluant utilisé étant de l'eau ultrapure Les conditions opératoires de chaque exemple et les résultats obtenus sont consignés dans le tableau suivant:
EXEMPLES
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
CO N CENTRATION DE SACCHAROSE
g/litre
50 50 50 100 100 100 100 200 200 200
DEXTRANE SACCHARASE, Unités/ml DEXTRANASE, 'U nités/ ml
0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1 1 1 0,5
0,5 1 2 4,8 0,5 1 2 4 0,5
1 1 1
1 2 4
oh
% D'ISO M ALTOSE DANS L'EXTRAIT SEC
63 67 40 52 62 56 60 64 60 39 53 55
o D'ISOM ALTOTRIOSE DANS L'EXTRAIT SEC 16,6 6 traces 3
33,7 29
,4 30,1 33,9
33,6 On voit, d'après les résultats obtenus, que, lorsque la concentration du substrat saccharose est accrue pour des concentrations similaires des deux enzymes, on observe une chute du rendement en isomaltose et une augmentation du rendement en isomaltotriose. La proportion de glucose présente dans le produit final varie en fonction des conditions opératoires. Bien que n'ayant pas été mesurée directement, elle représente l'essentiel de la différence entre 100% et la somme des pourcentages indiquée pour l'isomaltose et l'isomaltotriose, les autres constituants éventuellement présents ne l'étant qu'en très petites quantités. En ce qui concerne la teneur en fructose résiduel, on peut l'estimer à 2-3% en poids de l'extrait sec. 15 Exemples 13 à 15 Une deuxième série d'essais a été réalisée en utilisant une température de réaction de 30 0C, les autres conditions étant semblables à celles décrites pour
les exemples 1-12.
Le tableau suivant résume les données et résultats de ces essaiso
XE:PLES 13 14 15
SACCHAROSE, g/l 50 100 200
DEXTRANE SACCHARASE
U/ml 1 1 DEXTRANASE, U/ml 1 1 1
% D'ISO0LTOSE 80 70 65
% D'ISOMALTOTRIOSE O 12 31
GLUCOSE, -LEUCROSE, 20 18 4
OLIGOSACCHARIDES
(traces) On voit d'après ces résultats que l'élévation de température à 3000 a un effet bénéfique, spécialement
pour les concentrations en saccharose relativement faibles.
Ceci probablement en raison d'une hydrolyse plus impor35 tante de l'isomaltotrioseo
Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'on pourrait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention.
Claims (8)
1. Un procédé de préparation d'un sirop dont l'extrait sec contient une haute teneur en isomaltose, caractérisé en ce qu'il consiste à traiter une solution aqueuse de saccharose par un mélange des enzymes dextrane5 saccharase et dextranase à une température comprise entre 0 et 50 0C et à un pH dans la gamme de 4,5 à 7, de façon à obtenir un sirop aqueux comprenant, de l'isomaltose, du fructose, du glucose et, éventuellement, de l'isomaltotriose comme constituants principauxo 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape supplémentaire consistant à séparer de la solution aqueuse la quasi
totalité du fructose.
3e Un procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que la température de la réaction enzymatique est comprise dans la gamme de 15 à 350C environ.
4. Un procédé selon la revendication 3,
caractérisé en ce que la température de la réaction enzymatique est comprise dans la gamme de 25 à 30 0C.
5. Un procédé selon la revendication 1, 3 ou
4, caractérisé en ce que la durée de la réaction enzymatique est comprise entre 1 et 200 heures.
6. Un procédé selon la revendication 5,
caractérisé en ce que la durée de la réaction enzymatique 25 est comprise entre 20 et 80 heures environ.
7. Un procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 et 3-6, caractérisé en ce que la réaction
enzymatique est conduite à un pH de 5 à 6.
8. Un procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 et 3-7, caractérisé en ce qu'on utilise
de 0,2 à 2 U/ml de dextrane-saccharase et de 0,2 à 5
U/ml de dextranase.
9. Un procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 et 3-8, caractérisé en ce que la concen35 tration du saccharose dans la solution aqueuse de départ
est comprise entre 10 et 300 g/litreo Un procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite concentration est comprise dans la gamme de 50 à 200 g/litre. 5 11. Un sirop aqueux d'isomaltose obtenu par
un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
12. Un extrait sec obtenu par séchage du sirop de la revendication 11
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